稀土精矿酸法冶炼中含氟废气的处理方法探析论文

时间:2021-08-31

  我国拥有丰富的稀土资源,其稀土储量占到全球的 36. 5% 左右。随着我国社会经济的发展,对稀土的需求越来越多,稀土的年产量逐年增加。再加上相关科学、技术的进步,稀土工业逐渐变强,得到了进一步的发展。随着稀土的开采与冶炼,其所产生的污染问题也越来越严重,尤其是稀土精矿酸法冶炼中的含氟废气,不仅影响到了我国稀土工业的可持续发展,还对环境造成很大的破坏。虽然现在很多厂家已经开始重视对污染的治理问题,并采取了一些措施,但由于其处理成本过高等原因,使其推行力度还远远不够,不能真正解决稀土冶炼中的氟污染问题。

  1 稀土精矿酸法冶炼氟污染的分析。

  不同稀土原矿所含的氟量是不同的,其含氟量呈现出明显的地区差异。其中,包头的混合稀土精矿含氟量为 9% - 13%,四川牦牛坪的氟碳铈矿含氟量为 7% -11%,山东的氟碳铈矿含氟量为 8% - 10%.

  而在我国的稀土精矿冶炼中,有60%以上都来自包头的稀土精矿,这种稀土精矿现在主要采用“三代”酸法工艺,在其焙烧的过程中会产生大量含氟、硫的酸性污染物。因此,稀土精矿在焙烧工序中的尾气是造成氟污染的主要来源。据白银市环境监测站的检测数据显示,甘肃稀土焙烧系统在处理包头稀土精矿中的排气量为每小时 60000m3,其中 SO2含有量为 12434mg/m3,HF 为 615mg/m3,酸性雾为 1517mg/m3,严重违背了我国先行的《稀土工业污染物排放标准》。如果这些尾气不加以处理就直接排放到大气中,就会对环境造成严重的污染。而同时,这些含氟尾气又具有一定的经济价值,如果对其进行科学合理的处理,有效回收其中的有用元素,不仅可以达到减少污染、保护环境的目的,还可以实现资源的再利用,缓解我国的能源压力[1].

  2 稀土精矿酸法冶炼中含氟废气治理技术。

  2. 1 干法除氟工艺。

  干法除氟通常采用碱性氧化物来作主要吸附剂,通过物理效应或化学效应,对废气中的 SiF4、HF 等含氟污染物进行吸附,使其到达固体的表面层,从而有效除去尾气中的氟成分。按照所采用吸附剂物质的不同,干法除氟大致主要有 Al2O3法、CaCO3法以及 CaO 法等。当采用CaO 作为主要吸附剂时,结合砂滤器的使用可对烟气中的 SO2、HF 等物质以及粉尘达到较好的清除效果,有效净化冶炼中的尾气。其化学原理主要用到了下面两个反应:

稀土精矿酸法冶炼中含氟废气的处理方法探析论文

  这种净化方法的除氟率很高,在操作中无差错的情况下可达99%,而且,对其它物质也有较好的去除效果,可除去超过 92% 的 SO2,超过99% 的粉尘,使冶炼所产生的尾气达到国家规定排放标准。此净化方法的工艺流程很简单,便于操作,而且用到的净化设备很少,相对成本及相应的生产费也很低,最重要的是,净化率还很高,因此,被广泛应用于稀土精矿酸法冶炼中的氟气治理。而其它的吸附剂净化法相对净化率就较低,应用也不及 CaO 广。

  2. 2 酸法除氟工艺。

  酸法除氟工艺主要用到了三级喷淋塔,通过水的喷淋将冶炼尾气中的 CaF4、HF 以及酸性雾等吸附出来,使其生成硫酸与氢氟酸的混合液,当所吸收的混合液中的氢氟酸和硫酸到达一定的浓度时,加入恰当的碱性物质进行中和,直至尾气达到排放标准再进行排放。此外,也可将该混合液用作调浆液,进行焙烧渣的调浆,并通过泵将其送到防渗的、专门的尾液库中进行储存,从而达到物质的再利用。这种除氟方法的投资成本很低,效率很高,废液中的最终含氟量也较低,但是其操作过程中对设备的腐蚀较严重,中和反应中产生的渣滓量很大,而且还会造成二次污染。所以,应结合具体情况谨慎使用[2].

  2. 3 碱法除氟工艺。

  碱法除氟工艺是指通过碱性物质来对冶炼尾气中的含氟、含硫等酸性物质进行吸收的方法,目前经常使用的碱性物质主要有 NaOH、氨水等。因为碱性物质对酸性物质有较高的吸收率,因此可有效除去尾气中的氟、硫元素,对氟的去除率更是超过了 99%.因此,对碱法除氟工艺的重视与研究都在逐日增加,在现代技术的支持下不断改进、完善,现在已趋于成熟,其去除效率也得到了有效的提高。但是,在具体的操作过程中,设备很容易出现问题,如结垢、管道堵塞等,给作业带来很大的不便,而且对其处理起来也要耗费较高的成本,所以在实际的应用中并不是很广泛[3].

  2. 4 回收利用法。

  根据稀土精矿酸法冶炼中产生的尾气的具体组成与特点,甘肃稀土在冶炼中采用了分布净化、三效浓缩,分离、回收氟、硫的方法,可使其焙烧过程中的尾气达标,且能回收约70%质量分数的氟化盐和硫酸。

  由于焙烧尾气的自身性质,其中的三氧化硫在受到冷却后会生成硫酸,具有低温下较好的吸收效果。因此,先由水吸收塔对冶炼尾气进行冷却降温,再由水喷淋塔对其进行逆流式的喷淋吸收,将尾气中硫酸雾、SO3以及 HF 等去除。经过这一处理之后,尾气中所需去除的就只剩下SO2,可用碱液喷淋塔对其进性进一步的处理,使尾气最终达到排放标准。喷淋产生的废水为一种混合酸,其中含有硫酸和氢氟酸等,也需要对其进行处理。首先,要对混合酸进行分离,实践证明,利用三效蒸发器可以达到理想的效果。将温度调控在 180℃左右,在三效蒸发器的作用下能在浓缩硫酸的同时将氟化物分离出来。此时,硫酸的浓度大约为70%,而分离的气体可由流化床吸收塔进行初步处理,并经与碳酸稀土的反应,最终生成氟化稀土[4].

  3 结束语。

  随着社会对稀土资源需求的增加,稀土的产量也在逐年递增,其精矿冶炼中产生的含氟尾气对环境造成了很大的污染,逐渐成为现代稀土行业发展的一个制约因素。虽然现在我国政府已经加强了对稀土冶炼中氟污染治理的研究,提出了干法除氟工艺、酸法除氟工艺、碱法除氟工艺等不同的除氟技术,在稀土冶炼企业中得到了一定的应用,也取得了一定的成效,但国家还应加强对稀土企业的监管,加大投资力度,确保其相关治理措施落实到位,促进稀土工业的可持续发展,并推动我国的环保建设。

  参考文献

  [1]衣守志,方中心等。 稀土精矿酸法冶炼中含氟废气治理技术[J]. 天津科技大学学报,2012,27( 04) : 74 -78.

  [2]姜楠,李勇等。 稀土冶炼中氟的影响及解决办法[J]. 辽宁化工,2013,42( 06) : 637 - 640.

  [3]杜长顺,李梅。 包头稀土精矿处理现状及建议[J]. 湿法冶炼,2010,29( 01) : 1 - 4.

  [4]李明浩。 氟气污染控制及其综合利用[J]. 山东工业技术,2014( 11) : 29 -30.